一种可变桨距风力发电系统具备一次调频功能的控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种可变桨距风力发电系统具备一次调频功能的控制方法，包括：确定风力发电系统额定风速、风力发电系统切入风速、风力发电系统切出风速、风力发电系统风机旋转频率，计算频率偏差并判断频率偏差是否在规定的范围内，按一定步长增加或减小风叶当前旋转频率，进行最佳功率跟踪；判断现场风速大小，根据频率变化函数F(x)得到风机浆距角β；参与负频差类的一次调频后，继续寻找最佳功率。本发明专利技术通过变桨距来提高一次调频能量储备，增强了运行方式下控制器与变流器协调能力，通过改变浆距角，实现风力发电参与电网一次调频功能，优化了调频效果。

【技术实现步骤摘要】
一种可变桨距风力发电系统具备一次调频功能的控制方法
本专利技术属于风力发电
，涉及可变桨距风力发电系统，尤其是一种可变桨距风力发电系统具备一次调频功能的控制方法。
技术介绍
电网的频率是由发电功率与用户负荷大小决定的，当发电功率大于用户负荷时，电网频率升高，反之频率降低。一次调频是发电机组通过频率的波动来产生信号源，触发负荷指令变化完成有功功率的提升或者降低，满足用户侧电量的变化，从而维持电网频率的稳定。新能源电站目前不具备一次调频功能，为了提高电网整体稳定性，国家不断出台政策来促进发电机组调频能力稳步提升。2019年，国家强制性《电力系统安全稳定导则》中提出，电源均应具备一次调频、快速调压、调峰能力，应满足相关标准要求，其中电源包含水电、火电、风力发电和光伏发电等。因此，如何实现风电场参与一次调频而采用的控制功能、保障电网安全稳定运行、提高风电场发电消纳能力是目前迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、性能稳定且控制灵活的可变桨距风力发电系统具备一次调频功能的控制方法。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种可变桨距风力发电系统具备一次调频功能的控制方法，包括以下步骤：步骤1、确定风力发电系统额定风速υe、风力发电系统切入风速υ0和风力发电系统切出风速υ2，进入下一步；步骤2、检测现场风速υ1，如果现场风速υ1大于切入风速υ0，则重新设置浆距角β，进入下一步；步骤3、确定风力发电系统风机旋转频率为f0，进入下一步；步骤4、检测风机是否正对来风方向，是则进入下一步，否则将风机正对来凤方向，进入下一步；步骤5、计算频率偏差x＝f-f1，判断频率偏差x是否在规定的范围内，是则进入下一步，否则进入步骤8；步骤6、按一定步长增加风叶当前旋转频率f0，观察增加后功率P(1)，如果功率P(1)大于增加前功率P(0)，继续循环本步骤，直至P(n+1)小于P(n)，进入下一步；步骤7、按一定步长减小风叶当前旋转频率f0，观察减小后功率P(1)，如果功率P(1)大于增加前功率P(0)，继续循环本步骤，直至直至P(n+1)小于P(n)，进入步骤11；步骤8、判断现场风速大小，根据频率变化函数F(x)得到风机浆距角β，进入下一步：步骤9、参与负频差类的一次调频后，继续寻找最佳功率，按一定步长增加风叶当前旋转频率f0，观察增加后功率P(1)，如果功率P(1)大于增加前功率P(0)，继续循环本步骤，直至P(n+1)小于P(n)，进入下一步，否则进入步骤11；步骤10、按照一定步长减小风叶当前旋转频率f0，观察增加后功率P(1)，如果功率P(1)大于增加前功率P(0)，继续循环本步骤，直至直至P(n+1)小于P(n)，进入下一步；步骤11、重新进入步骤5进行新一轮循环。而且，所述步骤1中风力发电系统额定风速υe确定为15m/s，风力发电系统切入风速υ0确定为4m/s，风力发电系统切出风速υ2确定为21m/s。而且，所述步骤2中浆距角β设置为38度。而且，所述步骤5计算频率偏差x的公式为：x＝f-f1，其中，f为电网频率，f1为标准频率50Hz。而且，所述步骤5判断频率偏差x是否在如下规定的范围内：死区±0.05Hz。而且，所述步骤6、步骤7、步骤9及步骤10中的步长均为1转/分钟。而且，所述步骤8的具体处理方法为：⑴当4≤υ1<6时，进行如下处理：风机浆距角β根据频率变化函数F(x)得出，x<-0.2，F(x)＝0；-0.2≤x<-0.05，F(x)＝250*(x+0.05)；-0.05≤x<0.05，F(x)＝38；0.05≤x<0.2，F(x)＝250*(x-0.05)；x≥0.2，F(x)＝76；进入步骤9；⑵当6≤υ1<8时，进行如下处理：风机浆距角β根据频率变化函数F(x)得出，x<-0.2，F(x)＝0；-0.2≤x<-0.05，F(x)＝230*(x+0.05)；-0.05≤x<0.05，F(x)＝38；0.05≤x<0.2，F(x)＝230*(x-0.05)；x≥0.2，F(x)＝63；进入步骤9；⑶当8≤υ1<10时，进行如下处理：风机浆距角β根据频率变化函数F(x)得出，x<-0.2，F(x)＝0；-0.2≤x<-0.05，F(x)＝210*(x+0.05)；-0.05≤x<0.05，F(x)＝38；0.05≤x<0.2，F(x)＝210*(x-0.05)；x≥0.2，F(x)＝60；进入步骤9；⑷当10≤υ1<12时，进行如下处理：风机浆距角β根据频率变化函数F(x)得出，x<-0.2，F(x)＝0；-0.2≤x<-0.05，F(x)＝190*(x+0.05)；-0.05≤x<0.05，F(x)＝38；0.05≤x<0.2，F(x)＝190*(x-0.05)；x≥0.2，F(x)＝57；进入步骤9；⑸当12≤υ1<14时，进行如下处理：风机浆距角β根据频率变化函数F(x)得出，x<-0.2，F(x)＝0；-0.2≤x<-0.05，F(x)＝170*(x+0.05)；-0.05≤x<0.05，F(x)＝38；0.05≤x<0.2，F(x)＝170*(x-0.05)；x≥0.2，F(x)＝54；进入步骤9；⑹当14≤υ1<15时，进行如下处理：风机浆距角β根据频率变化函数F(x)得出，x<-0.2，F(x)＝0；-0.2≤x<-0.05，F(x)＝150*(x+0.05)；-0.05≤x<0.05，F(x)＝38；0.05≤x<0.2，F(x)＝150*(x-0.05)；x≥0.2，F(x)＝51；进入步骤9；⑺当υ1≥15时，进行如下处理：F(x)＝0；进入步骤9。而且，所述步骤9中的负频差类的频率偏差x<-0.05。本专利技术的优点和积极效果是：1、本专利技术通过变桨距来提高一次调频能量储备，增强了运行方式下控制器与变流器协调能力，通过改变浆距角，实现风力发电参与电网一次调频功能。2、本专利技术全程具备一次调频功能，风电机组当前有功功率为零时，只要风力发电系统风速大于启动风速(3～4m/s)，即可参与一次调频，除非风力发电本身已经达到负荷上下限。3、本专利技术主要经过频差计算函数产生调频指令，通过改变浆距角来实现调节，优化了调频效果。4、本专利技术不影响切入、切出风速(18～20m/s)的大小，实现了能量储备功能。5、本专利技术可以根据风速不同，调频函数将输出不同的幅度，低速情况下浆距角变化略微大一些。6、本专利技术为了提高风能转化率并满足消纳新能源的指标，在不参与一次调频的同时采用跟踪最本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可变桨距风力发电系统具备一次调频功能的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1、确定风力发电系统额定风速υe、风力发电系统切入风速υ0和风力发电系统切出风速υ2，进入下一步；/n步骤2、检测现场风速υ1，如果现场风速υ1大于切入风速υ0，则重新设置浆距角β，进入下一步；/n步骤3、确定风力发电系统风机旋转频率为f0，进入下一步；/n步骤4、检测风机是否正对来风方向，是则进入下一步，否则将风机正对来凤方向，进入下一步；/n步骤5、计算频率偏差x＝f-f1，判断频率偏差x是否在规定的范围内，是则进入下一步，否则进入步骤8；/n步骤6、按一定步长增加风叶当前旋转频率f0，观察增加后功率P(1)，如果功率P(1)大于增加前功率P(0)，继续循环本步骤，直至P(n+1)小于P(n)，进入下一步；/n步骤7、按一定步长减小风叶当前旋转频率f0，观察减小后功率P(1)，如果功率P(1)大于增加前功率P(0)，继续循环本步骤，直至直至P(n+1)小于P(n)，进入步骤11；/n步骤8、判断现场风速大小，根据频率变化函数F(x)得到风机浆距角β，进入下一步：/n步骤9、参与负频差类的一次调频后，继续寻找最佳功率，按一定步长增加风叶当前旋转频率f0，观察增加后功率P(1)，如果功率P(1)大于增加前功率P(0)，继续循环本步骤，直至P(n+1)小于P(n)，进入下一步，否则进入步骤11；/n步骤10、按照一定步长减小风叶当前旋转频率f0，观察增加后功率P(1)，如果功率P(1)大于增加前功率P(0)，继续循环本步骤，直至直至P(n+1)小于P(n)，进入下一步；/n步骤11、重新进入步骤5进行新一轮循环。/n...

【技术特征摘要】
1.一种可变桨距风力发电系统具备一次调频功能的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、确定风力发电系统额定风速υe、风力发电系统切入风速υ0和风力发电系统切出风速υ2，进入下一步；
步骤2、检测现场风速υ1，如果现场风速υ1大于切入风速υ0，则重新设置浆距角β，进入下一步；
步骤3、确定风力发电系统风机旋转频率为f0，进入下一步；
步骤4、检测风机是否正对来风方向，是则进入下一步，否则将风机正对来凤方向，进入下一步；
步骤5、计算频率偏差x＝f-f1，判断频率偏差x是否在规定的范围内，是则进入下一步，否则进入步骤8；
步骤6、按一定步长增加风叶当前旋转频率f0，观察增加后功率P(1)，如果功率P(1)大于增加前功率P(0)，继续循环本步骤，直至P(n+1)小于P(n)，进入下一步；
步骤7、按一定步长减小风叶当前旋转频率f0，观察减小后功率P(1)，如果功率P(1)大于增加前功率P(0)，继续循环本步骤，直至直至P(n+1)小于P(n)，进入步骤11；
步骤8、判断现场风速大小，根据频率变化函数F(x)得到风机浆距角β，进入下一步：
步骤9、参与负频差类的一次调频后，继续寻找最佳功率，按一定步长增加风叶当前旋转频率f0，观察增加后功率P(1)，如果功率P(1)大于增加前功率P(0)，继续循环本步骤，直至P(n+1)小于P(n)，进入下一步，否则进入步骤11；
步骤10、按照一定步长减小风叶当前旋转频率f0，观察增加后功率P(1)，如果功率P(1)大于增加前功率P(0)，继续循环本步骤，直至直至P(n+1)小于P(n)，进入下一步；
步骤11、重新进入步骤5进行新一轮循环。


2.根据权利要求1所述的一种可变桨距风力发电系统具备一次调频功能的控制方法，其特征在于：所述步骤1中风力发电系统额定风速υe确定为15m/s，风力发电系统切入风速υ0确定为4m/s，风力发电系统切出风速υ2确定为21m/s。


3.根据权利要求1所述的一种可变桨距风力发电系统具备一次调频功能的控制方法，其特征在于：所述步骤2中浆距角β设置为38度。


4.根据权利要求1所述的一种可变桨距风力发电系统具备一次调频功能的控制方法，其特征在于：所述步骤5计算频率偏差x的公式为：x＝f-f1，其中，f为电网频率，f1为标准频率50Hz。


5.根据权利要求1所述的一种可变桨距风力发电系统具备一次调频功能的控制方法，其特征在于：所述步骤5判断频率偏差x是否在如下规定的范围内：死区±0.05Hz。


6.根据权利要求1所述的一种可变桨距风力发电系统具备一次调频功能的控制方法，其特征在于：所述步骤6、步骤7、步骤9及步骤10中的步长均为1转/分钟。


7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵毅，张长志，李浩然，倪玮晨，王建，王建军，周连升，甘智勇，张应田，郑卫洪，曹晓男，杜岩，鄂志君，陈天恒，杨晓静，段建勋，冯长强，张志良，沙威，欧阳佳慧，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司电力科学研究院，国网天津市电力公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12